• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.379-383
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• 2008

본 연구의 목적은 3차원 수리 모델인 ELCOM(Estuary, Lake and Coastal Ocean Model)과 물질 전달모델인 CAEDYM(Computational Aquatic Ecosystem Dynamic Model)을 이용하여 성층화된 저수지로 밀도류 형태로 유입한 부유사의 이송과 확산 그리고 침강특성을 해석하는데 있다. ELCOM은 3차원 수리동력학 모델로써 시공간적인 유속과 수온변화를 예측하는데 사용되었으며, CAEDYM과 매 계산시간 마다 동적으로 연결(Dynamic coupling)되어 부유입자의 이송, 확산, 침강 과정을 모의하였다. 개발된 3차원 모델의 예측 성능은 2004년 홍수기 동안 대청호에서 실측한 자료를 사용하여 검증하였다. 모델의 모의변수는 입자크기별로 구분된 부유물질(SS) 그룹이며, 현장 실측자료인 탁도($C_T$)와 모델 변수인 SS간의 변환을 위해 저수지 지점 별로 측정한 SS-$C_T$ 상관관계를 사용함으로써 부유 입자의 크기분포의 공간적 변동 특성을 반영하였다. 모델은 탁수가 유입하는 환경에서 저수지 성층구조의 변화와 유입 탁수의 밀도류 거동특성, 유입한 부유사의 이송과 확산 그리고 침강특성을 비교적 잘 모의하였다. 저수지로 유입한 부유입자 중 입경이 $20{\mu}m$ 이상인 입자는 매우 빠른 속도로 저수지 바닥에 퇴적된 반면, $10{\mu}m$ 이하의 입자들은 중층에 오랜 시간 부유하며 장기탁수문제를 유발하는 원인이 되었다.

• 한국물환경학회지
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• 제27권4호
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• pp.413-424
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• 2011

The study was aimed to evaluate the applicability of a three-dimensional (3D) hydrodynamic and water quality model, ELCOM-CAEDYM for Yongdam Reservoir, Korea. The model was applied for the simulations of hydrodynamics, thermal stratification processes, stream density flow propagation, and water quality parameters including dissolved oxygen, nutrients, organic materials, and algal biomass (chl-a) for the period of June to December, 2006. The field data observed at four monitoring stations (ST1~ST4) within the reservoir were used to validate the models performance. The model showed reasonable performance nevertheless low frequency boundary forcing data were provided, and well replicated the physical, chemical, and biological processes of the system. Simulated spatial and temporal variations of water temperature, nutrients, and chl-a concentrations were moderately consistent with the field observations. In particular, the model rationally reproduced the succession of different algal species; i.e., diatom dominant during spring and early summer, after then cyanobacteria dominant under warm and stratified conditions. ELCOM-CAEDYM is recommendable as a suitable coupled 3D hydrodynamic and water quality model that can be effectively used for the advanced water quality management of large stratified reservoirs in Korea.

• 한국물환경학회지
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• 제27권1호
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• pp.73-87
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• 2011

An abnormal mono-specific bloom of the cyanobacterium Microcystis aeruginosa had developed at a specific location (transitional zone, monitoring station of Hoenam) in Daecheong Reservoir from middle of July to early August, 2001. The maximum cell counts during the peak bloom reached 1,477,500 cells/mL, which was more than 6~10 times greater than those at other monitoring sites. The hypothesis of this study is that the timing and location of the algal bloom was highly correlated with the local environmental niche that was controled by physical processes such as hydrodynamic mixing and pollutant transport in the reservoir. A three-dimensional, coupled hydrodynamic and ecological model, ELCOM-CAEDYM, was applied to the period of development and subsequent decline of the bloom. The model was calibrated against observed water temperature profiles and water quality variables for different locations, and applied to reproduce the algal bloom event and justify the limiting factor that controled the Microcystis bloom at R3. The simulation results supported the hypothesis that the phosphorus loading induced from a contaminated tributary during several runoff events are closely related to the rapid growth of Microcystis during the period of bloom. Also the physical environments of the reservoir such as a strong thermal stratification and weak wind velocity conditions provided competitive advantage to Microcystis given its light adaptation capability. The results show how the ELCOM-CAEDYM captures the complex interactions between the hydrodynamic and biogeochemical processes, and the local environmental niche that is preferable for cyanobacterial species growth.

• 한국수자원학회논문집
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• 제41권12호
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• pp.1187-1198
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• 2008

국내 많은 저수지들과 그 하류하천은 높은 탁도를 가진 물의 장기적인 방류로 인해 수자원 이용과 수생태계 관리에 많은 어려움을 겪고 있다. 탁도($C_T$)는 물의 탁한 정도를 나타내는 척도로써, 수질과 수환경의 건강을 평가하는 매우 중요한 지표로써 광범위하게 사용되어 왔지만, 모형의 검증에 필요한 실험 자료의 부족으로 인해 탁도 모델링에 대한 연구는 지금까지 매우 부족하였다. 본 연구의 목적은 광범위한 현장 실측자료를 이용하여 성층화된 대청호로 유입한 탁수의 밀도류 거동 모의를 위한 3차원 수리-입자동력학 연동 수치모형인 ELCOM-CAEDYM의 적용성을 검증하는데 있다. 입자크기에 따라 구분된 3개 그룹의 부유물질 (SS) 농도가 모형의 모의변수로 사용되었으며, 모형 변수인 SS와 저수지내 실측값의 $C_T$의 변환을 위해 저수지 지점별로 측정한 SS-$C_T$ 상관관계를 사용하였다. 모의결과는 2004년에 대청호의 회남과 댐앞 지점에서 수심별로 실측한 수온과 탁도 자료와 비교함으로써 검증하였다. 모형은 저수지의 성층구조, 탁수를 포함한 하천 밀도류의 시간에 따른 진행과정을 잘 재현하였으며, 탁도의 수직분포와 크기도 실측값과 부합하였다. 본 연구에서 제시한 3차원 수치모형과 탁도 모델링 방법론은 유사한 탁도 문제를 가지고 있는 다른 저수지에서도 탁수의 최적관리를 위한 지원 도구로써 사용 가능하다고 사료된다.

• 대한환경공학회지
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• 제37권10호
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• pp.563-572
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• 2015

본 연구는 영산강 수계 승촌보에서 시행되었던 조류배제를 위한 다기능보 운영 사례를 대상으로, 3차원 모델링을 통한 효과 분석을 목적으로 수행되었다. 2013년 5월 영산강 승촌보 구간에서 녹조류 Eudorina sp.가 대량 발생하였으며, 집적된 녹조의 배제를 위하여 서로 다른 방법으로 두 차례에 걸쳐 플러싱 방류를 시행하였다. 조류 발생의 공간적 분포에 대한 상세분석과 이해를 위해 고해상도의 3차원 모형 ELCOM-CAEDYM을 적용하여 1개월 동안의 수질과 chl-a 분포를 모의하였다. 모델링 결과 ELCOM-CAEDYM 모형은 실제 조류의 발생 패턴을 우수하게 모의하였으며, 저비용으로 조류 발생에 대한 고해상도의 공간적인 데이터를 재생산 하는데 적합할 것으로 판단되었다. 모델링 결과를 이용하여 두 가지 방법의 플러싱 방류 CASE를 분석한 결과, 가동보를 이용하여 플러싱 방류를 실시한 CASE1의 경우 서창교~황룡강 합류지점에 발생하였던 조류는 가동보 운영에 의하여 빠르게 하류로 이동되었으나, 이후 방류량이 감소하면서 보 내에 잔류하였던 것으로 분석되었다. 반면, 소수력발전을 중단하고 고정보를 통한 월류를 실시한 CASE2는 비교적 배제 효과가 크게 나타나 대부분의 조류가 플러싱되어 감소된 것을 관측 자료와 모델링 결과로서 확인할 수 있었다.

• 환경영향평가
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• 제20권4호
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• pp.575-583
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• 2011

In this study, the plausible grid size was estimated to increase for efficiency of reservoir management using 3 dimensional water quality model. To validate utilization of a real time water quality management tool, ELCOM-CAEDYM model was applied to Soyang reservoir in korea. 100m grid size can represent the real topography and take out exact analysis results. $400{\times}400m$ grid can be easily used to analysis because of data capacity. Consequently, the grid size of 200m or 300m was recommended to establish 3D model considering the required simulation time and the irrelevance between horizontal grid size and vertical distribution for temperature and turbidity analysis.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.72-72
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• 2016

최근 발생하고 있는 기후변화로 인하여 하천 및 저수지의 수질문제가 커지고 있다. 특히 여름철 부영양화로 인해 발생하는 녹조현상은 사회적인 문제로 과학적인 수질사고에 대한 예측과 관리가 필요한 실정이다. 수질예보는 정기적으로 하천 및 저수지의 수질을 예측하여 사용자에게 제공하는 분석기법으로 수질현황을 파악하고 수질을 관리하고 의사결정을 하는데 도움을 줄 수 있다. 수질예보에 사용되는 모형은 유역모형, 하천모형, 저수지모형이 있으며, 이중 하천 및 저수지에 주로 적용되고 있는 3차원 수리수질모형의 경우 격자의 개수가 많아 모의시간이 길어지게 되고 이로 인해 일일 수질 예보가 어렵게 된다. 3차원 수리수질모형의 모의속도를 개선하는 방법에는 하드웨어의 성능을 높이는 방법과 병렬화를 이용한 소프트웨어적인 방법이 있다. 이중 하드웨어의 성능을 높이는 방법은 컴퓨터의 사양을 높이는 방법으로 높은 비용이 소요된다. 하지만 병렬화 방법은 컴퓨팅 기술의 발전으로 멀티코어가 대중화가 된 최근에 코드의 적용만으로 모의속도를 향상시킬 수 있다. 본 연구에서 사용된 모형은 서호주대학에서 개발한 3차원 수리 수질모형인 ELCOM-CAEDYM 모형으로 적용된 병렬화 기법은 OpenMP(Open Multi-Processing)방법이다. 기존 직렬 컴퓨팅 방식으로 구성되어 한번에 한 개의 명령어 밖에 처리할 수 없었던 작업방법을 동시에 여러 개의 처리요소를 이용하여 명령을 실행할 수 있게 하는 방식이다. 하지만 CPU의 개수는 제한되어 있으며, Amdahl's law에 따르면 OpenMP방식의 병렬화시 속도개선효과는 95% 병렬화 프로그램에서 최대 CPU 개수의 제한이 없다면 20배 까지 속도향상이 가능하다고 하였다. 본 연구에서는 3차원 수리 수질예측 모형인 ELCOM-CAEDYM에 적용된 병렬화 기법을 적용하는데 있어 최적 CPU사용 개수를 파악 하고자 하였으며, 이를 통해 수질예보시스템을 운영하는데 가장 효율적인 방법을 찾아 적용하고자 하고자 한다.